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科学家们认为基于超导体的存储器单元的速度要快100倍

发布时间:2019-06-10 13:09 来源:未知 编辑:admin

  来自莫斯科物理科技大学和莫斯科国立大学的一组科学家开发了一种基于超导体的全新型存储单元 - 这种类型的存储器能够比存储器件的类型快数百倍的工作速度根据发表在应用物理快报杂志上的一篇文章,今天常用。

  “通过我们在这些存储单元中提出的操作功能,不需要耗时的磁化和退磁过程。这意味着读取和写入操作只需几百皮秒,具体取决于材料和几何形状特殊系统的问题,而传统方法需要比这更长几百或几千倍,“该研究的相应作者,亚历山大戈卢博夫,MIPT超导系统量子拓扑现象实验室负责人说。

  Golubov和他的同事已经提出在超导体的“三明治”中建立基本的存储单元 - 电介质(或其他绝缘材料) - 超导体,这是由英国物理学家布莱恩约瑟夫森在20世纪60年代预测的。这些“三明治”中的电子(它们被称为“约瑟夫森结”)能够从一层超导体隧穿到另一层,穿过电介质,就像穿过穿孔壁的球一样。

  今天,Josephson结用于量子器件和传统器件。例如,超导量子位用于构建D波量子系统,其能够使用量子退火算法找到复杂函数的最小值。还有超快模拟到数字转换器,用于检测连续事件的设备,以及不需要快速访问大量内存的其他系统。还尝试使用约瑟夫森效应来创建普通处理器。这种类型的实验处理器是在20世纪80年代后期在日本创建的。2014年,研究机构IAPRA恢复了创建超导计算机原型的尝试。

  用作“三明治”中间的铁磁体的约瑟夫森结与目前最具实际意义。在基于铁磁体的存储元件中,信息在铁磁体中的磁场矢量的方向上编码。然而,这个过程存在两个基本缺陷:首先,存储元件的“封装”密度低 - 需要添加额外的链以在读取或写入数据时为单元提供额外的电荷,其次是磁化矢量不能快速改变,这限制了写入速度。

  来自MIPT和MSU的物理学家组建议在约瑟夫森单元中以超导电流的值编码数据。通过研究超导体 - 正常金属/铁磁 - 超导体 - 绝缘体 - 超导体结,科学家们发现,在某些纵向和横向维度上,系统的各层可能具有两个能量最小值,这意味着它们处于两种不同状态之一。这两个最小值可用于记录数据 - 零和一。

  为了将系统从“零”切换到“一”并再次返回,科学家们建议使用流过超导体其中一层的注入电流。他们建议使用流经整个结构的电流来读取状态。这些操作可以比测量铁磁体的磁化或磁化反转快数百倍。

  “此外,我们的方法只需要一个铁磁层,这意味着它可以适应所谓的单通量量子逻辑电路,这意味着不需要为处理器创建一个全新的架构。基于单通量量子逻辑可以具有数百千兆赫的时钟速度,并且其功耗将低几十倍,“Golubov说。

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